Analog To Digital Converter (Adc)

Dalam kehidupan sehari-hari , apa pun yang berafiliasi menyerupai suara, tekanan, tegangan atau kuantitas terukur, biasanya dalam bentuk analog, Makara bagaimana bila kita ingin salah satu antarmuka sensor analog dengan kontroler digital ? Harus ada sesuatu yang menerjemahkan input analog ke output digital yaitu rangkaian Analog to digital converter. Biasanya kita menyebutnya ADC (analog ke digital).

ADC yaitu proses pengubahan sinyal analog menjadi digital. Proses pengubahan terjadi pada konverter atau pengubah yang dikenal dengan analog to digital converter. Proses pengubahan ini dikenal juga dengan nama sistem akusisi data. Terdapat 4 macam ADC yang memenuhi standar industri, yaitu integrating, tracking converter, successive approximation dan flash/paralel. Keempat jenis ADC tersebut mawakili beberapa pertimbangan diantaranya resolusi, kecepatan konversi dan biaya.

Menurut cara pengkonversiannya, ADC sanggup dikelompokkan dalam beberapa jenis yaitu:

1.         Tipe integrating

Tipe integrating mengatakan resolusi tertinggi dengan biaya terendah. ADC tipe ini tidak dibutuhkan rangkaian sample hold. Tipe ini mempunyai kelemahan yaitu waktu konversi yang agak lama, biasanya beberapa milidetik.

Gambar 1. ADC Tipe Integrating

Sistem ini mempunyai dua selang waktu, yaitu t1 dan t2. selang waktu t1 mempunyai panjang tertentu. Dalam selang waktu ini aba-aba masukan dihubungkan dengan saklar S1, yang menciptakan keluaran integrator VINT menjadi positif. Nilai tegangan VINT yang dicapai pada simpulan selang t1 bergantung pada nilai tegangan masukan Vin bila Vin (t1) akan besar pula.

Dalam waktu t2 tegangan masukan Vin dilepas dan S1 dihubungkan dengan Vref (positif) karenanya tegangan keluaran VINT akan turun dengan kemiringan tertentu (ditentukan oleh Vref/Rc). Bila VINT mencapai harga nol maka komparator akan berbalik keadaan dan t2 akan berakhir.

Gambar 2. Diagram Timing Pada ADC Integrating

Bila Vref dan t1 tetap, maka Vin t2, selang waktu t2 dicacah dengan suatu pencacah yang akan menghasilkan keluaran biner ataupun BCD. Keluaran ini yaitu keluaran digital untuk aba-aba analog Vin. Oleh alasannya yaitu ada dua kemiringan pada diagram pewaktuan, pengubah A/D integrasi juga dikenal sebagai pengubah A/D kemiringan rangkap (dual slope). Kekurangan pencacah A/D integrasi terletak pada waktu konversi yang sama, yaitu pada orde 10 ms atau lebih. Pengubah A/D integrasi banyak digunakan pada multimeter digital, dimana waktu konversi tidaklah terlalu mengganggu.

2.    Tipe tracking

Tipe tracking memakai prinsip up down counter (pencacah naik dan pencacah turun). Binary counter (pencacah biner) akan menerima masukan clock secara kontinyu dan hitungan kan bertambah atau berkurang tergantung pada kontrol dari pencacah apakah sedang naik (up counter) atau sedang turun (down counter). ADC tipe ini tidak menguntungkan bila digunakan pada sistem yang memerlukan rangkaian sample hold. ADC tipe ini sangat tergantung pada kecepatan clock pencacah, semakin tinggi nilai clock yang digunakan, maka proses konversi akan semakin singkat.

Gambar 3 ADC Tipe Pencacah

Begitu ada perintah mulai konversi maka pencacah dibentuk reset, sehingga keluaran pengubah D/A menjadi nol. Selanjutnya keluaran D/A dibandingkan masukan analog. Selama Vin > VDAC keluaran komparator tetap tinggi sehingga pencacah terus bekerja. Setelah pengeluaran D/A lebih tinggi dari masukan analog, maka keluaran komparator menjadi rendah, dan pencacah dibentuk berhenti mencacah. Keluaran pencacah menyatakan kode digital amat panjang, yaitu 2n perioda clock. Untuk konversi 10 bit diharapkan 28 = 1024 perioda clock. Keuntungan yaitu rangkaian sederhana.

          Suatu modifikasi dari pengubah A/D pencacah yaitu yang disebut pengubah A/D pelacakan (Tracking ADC), yang juga dikenal sebagai pengubah A/D servo. Pada pengubah A/D ini digunakan pencacah naik turun (Up-Down Counter). Dengan pemanis sedikit rangkaian kecerdikan ADC ini sanggup mengikuti atau melacak masukan analog yang berubah.

3.    Tipe flash/ paralel

Tipe ini sanggup memperlihatkan konversi secara lengkap pada kecepatan 100 MHz dengan rangkaian kerja sederhana. Sederetan tahanan mengatur masukan inverting dari tiap-tiap konverter menuju tegangan yang lebih tinggi dari konverter sebelumnya jadi untuk tegangan masukan Vin denagn full scale range, komparator dengan bias di bawah Vin akan mempunyai keluaran rendah.

            Keluaran komparator ini tidak dalam bentuk biner murni. Suatu dekoder dibutuhkan untuk membentuk suatu keluaran yang biner. Beberapa komparator berkecepatan tinggi, dengan waktu tunda (delay) kurang dari 6 ns banyak digunakan alasannya yaitu itu dihasilkan kecepatan konversi yang sangat tinggi. Jumlah komparator yang dibutuhkan untuk suatu konversi n bit yaitu 2ⁿ-1.

Gambar 4. ADC Tipe Paralel

4.    Tipe successive approximation

            Tipe successive approximation merupakan suatu konverter yang paling sering ditemukan dalam dasar perangkat keras yang memakai ADC. Tipe ini mempunyai kecepatan konversi cukup tinggi meskipun dari segi harga relatif mahal. Prinsip kerja konverter tipe ini yaitu dengan membangkitkan pertanyaan yang pada pada dasarnya berupa tebakan nilai digital  terhadap nilai tegangan analog yang dikonversikan. Apabila resolusi ADC ini yaitu 2ⁿ maka diharapkan maksimal n kali tebakan

Gambar 5. Tipe Aproximasi

Komparator digunakan untuk membandingkan keluaran D/A dengan masukan analog Vin. Keluaran komparator digunakan untuk mencek register pendekatan berurutan (Successive Approximation Register – SAR). Untuk register ini sanggup digunakan IC MSI . Seperti contohnya AM 2502 buatan Advance Micro Device. Cara kerja register ini yaitu sebagai berikut :

Setelah mendapatkan pulsa mulai konversi, SAR akan mengeluarkan bit-bit untuk diubah menjadi tegangan analog oleh suatu pengubah D/A. perhatikan gambar 13.b kiri yang menerangkan diagram timing keluaran pengubah D/A. mula SAR akan mengaktifkan MSB, yang akan menghasilkan suatu tegangan analog pada keluaran pengubah D/A. tegangan ini dibandingkan dengan Vin. Bila V1 < Vin maka MSB dibiarkan tinggi(“1”), bila V1 > Vin maka MSB dibentuk “0”. Pada pola kita V1 < Vin sehingga MSB dibentuk “1”. Selanjutnya bit no 2 diaktifkan dibentuk 1 dan keluaran pengubah D/A yang gres dibandingkan lagi dengan Vin . pada pola V2 < Vin sehingga bit no 2 dibentuk juga 1. kemudian bit no 3 dibentuk 1. terakhir bit no 4 (LSB) dibentuk “1”. Akan tetapi V4 > Vin, maka bit no 4 dibentuk 0. keadaan simpulan pada keluaran SAR yaitu (1110)2 menyatakan keluaran digital untuk Vin.